http://ejournal.undip.ac.id/index.php/kapal
1829-8370 (p)
2301-9069 (e)
Analisa Kekuatan Struktur Trimaran Dengan Glass Bottom di Perairan Karimunjawa Menggunakan Metode Elemen Hingga
Wahyu Adinata 1)*) , Berlian Arswendo Adietya 1) , Ahmad Fauzan Zakki 1)
1) Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 50275

## Abstrak
Dengan  penetapan  karimunjawa  sebagai  kawasan  taman  nasional  pada  tanggal  14  maret  2000(Kep.  Menhut No.74/Kpts-II/2001),  karimunjawa  tumbuh  menjadi  tempat  wisata  favorit  baru.  Sebagai  tempat  wisata  berbasis kelautan  tentu  banyak  menggunaan  moda  transportasi  laut  berupa  kapal  sebagai  alat  transportasi  wisatawan  untuk menuju  pulau  tertentu  maupun  sebagai  wahana  wisata  itu  sendiri.  Dengan  beragamnya  biota  laut  yang  berada  di Kariumjawa,  tentu  banyak  wisatawan  yang  tertarik  untuk  berkunjung.  Untuk  menunjang  daya  tarik  maka  terdapat pilihan berupa kapal wisata glass bottom.  Kapal yang diteliti merupakan kapal dengan ukuran kecil sehingga kurang adanya  aturan  khusus  mengenai  kapal  tersebut  yang  merupakan  tipe  special  craft  yang  mengatur  dari  segi  kekuatan struktural kapal. Untuk mengetahui respon struktur digunakan pembebanan hidrostatik kapal itu sendiri pada analisa kekuatan  struktur  kapal.  Konstruksi  utama  kapal  menggunakan  konstruksi  melintang  pada  main  hull  dan  demi  hull. Pada bagian buritan setelah main hull menggunakan konstruksi melingkar dengan kemiringan derajat tertentu. Hasil analisa  menggunakan  program  berbasis  Metode  Elemen  Hingga  didapatkan  tegangan  maksimal  kapal  trimaran didapat  7,31  x  10 5 N/m 2 pada  node  74711  dan  deformasi  sebesar  4,32  x  10 -4 m  pada  boundary  condition  satu. Tegangan maksimal didapat sebesar 1,24 x 10 5 N/m 2 terjadi pada node 80433 dan deformasi sebesar 2,14 x 10 -4 m pada boundary condition dua.
Copyright © 2017, KAPAL , 1829-8370 (p), 2301-9069(e)
Kata Kunci : Kekuatan Struktur, Glass Bottom, Karimunjawa, Trimaran,  Metode Elemen Hingga

## 1. PENDAHULAN
Glass  bottom  boat adalah  sebuah  perahu dengan  penampang  dasar  kaca,  atau  bahan transparan  lain  yg  sesuai,  terletak  pada  bagian dibawah  garis  air  (waterline)  memungkinkan penumpang  untuk  bisa  melihat  lingkungan dibawah air dari dalam perahu. Melihat dari posisi dalam  perahu  akan  lebih  menarik  dibandingkan melihat  langsung  dari  atas  air.  Efek  ini  mirip dengan  menggunakan  kacamata  selam,  tanpa harus  menyelam  sehingga  penumpang  tetap kering.
Dengan  penetapan  karimunjawa  sebagai kawasan  taman  nasional  pada  tanggal  14  maret 2000(Kep. Menhut No.74/Kpts-II/2001), karimunjawa  tumbuh  menjadi  tempat  wisata
favorit  baru.  Sebagai  tempat  wisata  berbasis kelautan tentu banyak menggunaan moda transportasi laut berupa kapal.
Penggunaan kapal bisa sebagai alat transportasi  wisatawan  untuk  menuju  pulau tertentu  maupun  sebagai  wahana  wisata  itu sendiri.  Dengan  beragamnya  biota  laut  yang berada  di  Kariumjawa,  tentu  banyak  wisatawan yang tertarik untuk berkunjung. Untuk menunjang daya  tarik  maka  terdapat  pilihan  berupa  kapal wisata glass bottom.
Kapal  wisata  dengan glass  bottom adalah kapal  penumpang  yang  pada  dasar  atau  sisinya terbuat  dari  bahan  kaca  unutk  tujuan  wisata.  Hal ini bertujuan agar bias melihat langsung biota laut baik  ikan  maupun  karang  secara  visual.  Dengan adanya glass  bottom pada  kapal  memberikan pilihan  baru  ,  yaitu  bisa  melihat  kehidupan  laut
*) Penulis Korespondensi : Email : adinatawahyu@gmail.com

## JURNAL ILMU PENGETAHUAN & TEKNOLOGI KELAUTAN KAPAL
tanpa  harus  basah  masuk  kedalam  air  laut  seperti snorkeling .  Hal  ini  menimbulkan  beberapa pertanyaan kekuatan kapal dengan glass bottom . Harapannya  dengan  penelitian  ini  dapat menjadi  acuan  dalam  menentukan  kekuatan struktur kapal trimaran dan kekuatan glass bottom dengan menggunakan tempered glass.

## 2. METODE

## 2.1. Model Kapal
Kapal  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  trimaran.  Trimaran  merupakan  kapal  yang terdiri  dari  tiga  hull,  yaitu  satu  mainhull  yang berada  di  tengah  dan  memiliki  dimensi  lebih besar,  serta  dua  demihull  yang  berada  di  sisi-sisi kapal  dan  berdimensi  lebih  kecil.  Salah  satu keuntungan kapal trimaran adalah pada displacement  yang  sama  dengan  kapal  monohull, kapal  trimaran  memiliki  sarat  air  lebih  rendah dibandingkan  dengan  kapal  monohull,  dengan kondisi  perairan  Indonesia yang  memiliki  banyak pulau kecil dan mempunyai sarat air rendah, maka kapal  trimaran  dapat  menjangkau  wilayah perairan  yang  dangkal  sehingga  pemilihan  kapal dengan bentuk badan trimaran diharapkan mampu mengatasinya  dengan  kelebihan  yang  dimiliki oleh kapal trimaran tersebut. [1]
Gambar 1. Lambung Trimaran
Data didapat dari data penelitian sebelumnya dan juga jurnal, maka didapat data untuk penilitan ini sebagai berikut:
Data ukuran utama kapal trimaran: Panjang kapal (LoA) : 18,75 m Lebar kapal (B) : 12,40 m Tinggi kapal (H) : 2,98 m Sarat air (T) : 1,05 m

## 2.2. Material Kapal
Material yang digunakan pada kapal tersebut adalah Fiberglass Reinforced  Plastic (FRP). FRP adalah  material  komposit  yang  terbuat  dari
polimer  matriks  dengan  diperkuat  oleh  serat. Kelebihan  dari  material  ini  jika  dibandingkan dengan  logam  adalah  perbandingan  kekuatan terhadap  berat  yang  tinggi,  kekakuan,  ketahanan terhadap korosi dan lain-lain.
Matriks  merupakan  fasa  yang  memberikan bentuk  pada  struktur  komposit  dengan  cara mengikat  penguat  atau  serat  bersama-sama. Matriks merupakan konstituen penyusun komposit yang  berperan  sebagai  pengikat  atau  penyangga yang menjaga kedudukan antar fase penguat, serta mentransfer  tegangan  agar  sedapat  mungkin disangga  penguat. Reinforced adalah  penguat yang ditempatkan didalam matriks pada komposit dan harus memiliki kekuatan mekanik lebih tinggi dari matriksnya
Fiberglass ,  serat  kaca  merupakan  serat sintetik  yang  terbentuk  dari  kaca  oksida  silikon SiO2  yang  dibentuk  melalui  proses  drawing  dari cairan  kaca. Fiberglass dikelompokan  seuai dengan  perannya  di  industry,  yaitu E-Glass yang paling  banyak  diproduksi  dan  pemakaian  yang luas  untuk  reinforced  pada  komposit  dan S-Glass merupakan  fiber  terpopuler  kedua  setelah E- Glass , mempunyai kekuatan tarik 30% lebih baik dan  modulus  elastisitas  20%  lebih  baik  dari E- Glass .  Tetapi  tidak  banyak  digunakan  karena harganya yang relatif lebih mahal [2].
Tabel 1. Properti Material FRP [3] Properti Nilai Modulus Young’s (E) 6,35 x10 9 N/m 2 Shear Modulus (G) 2,75 x10 9 N/m 2 Poisson’s Ratio 0,14 Density 2,100 Kg/m 3

## 2.3. Material Dasar Kapal
Dasar  lambung  kapal  bermaterial  kaca  agar penumpang  dapat  melihat  keindahan  bawah  air. Kaca berasal dari bahan yang bersifat cair namun memiliki  kepadatan  tinggi,  dan  struktur  amorf. Atom-atom  di  dalamnya  tidak  membentuk  suatu jalinan  yang  beraturan,  seperti  kristal,  atau  biasa disebut gelas. Kaca kebanyakan dibuat dari silika (SiO2),  campuran  batu  pasir  dengan  fluks  yang menghasilkan  kekentalan  dan  tilik  leleh  yang tidak terlalu tinggi, untuk kemudian dicampur lagi dengan bahan stabilisator supaya kuat [4].
Tempered glass adalah  kaca yang diperkeras dengan  memanaskan  kaca  float  biasa  hingga mencapai  temperature  700 o C  dan  kemudia didinginkan  mendadak  dengan  menyemburkan udara  secara  merata  pada  dua  permukaan  kaca. Degan  demikian  bagian  permukaan  kaca  akan berada dalam keadaan tekan (state of compression), dan bagian dalam kaca akan berada
dalam bentuk keadaan Tarik (state of tension) [5]. Kaca  yang  diperkuat  dengan  temper  dan  panas dapat  mencapai  tiga  sampai  tujuh  kali  kaca  anil [6].
Tabel 2. Properti Material Tempered Glass [7] Properti Nilai Modulus Young’s (E) 7,4 x10 10 N/m 2 Shear Modulus (G) 2,8689 x10 10 N/m 2 Poisson’s Ratio 0,20 Density 2,500 Kg/m 3

## 2.4. Tegangan
Pada  umumnya  tegangan  adalah  gaya  dalam yang  bekerja  pada  luasan  yang  kecil  tak  hingga pada sebuah potongan dan terdiri dari bermacam- macam  besaran  dan  arah.  Pada  umumnya, intensitas gaya yang bekerja pada luas yang kecil tak  berhingga  suatu  potongan  berubah-ubah  dari satu  titik  ke  titik  yang  lain,  umumnya  intensitas ini  berarah  miring  pada  bidang  potongan. Intensitas  gaya  yang  tegak  lurus  atau  normal terhadap  irisan  disebut  tegangan  normal  (normal stress ) pada suatu titik.
Suatu tegangan tertentu yang dianggap benar- benar  bertitik  tangkap  pada  sebuah  titik,  secara matematis didefinisikan sebagai :
𝜎 = Δ𝐹 Δ𝐴 (𝑁/𝑚 2 ) (1)
Di  mana  F  adalah  suatu  gaya  yang  bekerja tegak  lurus  terhadap  potongan,  sedangkan  A merupakan  luas  yang  bersangkutan.  Tegangan normal  yang  menghasilkan  tarikan (traction atau tension) pada  permukaan  sebuah  potongan  biasa kita sebut tegangan tarik (tensile stress) .
Di sudut pandang lain, tegangan normal yang berada  dalam  potongan  tersebut  disebut  tegangan tekan (compressive stress) [8]
Metode  elemen  hingga  adalah  sebuah metode  yang  menggunakan  pendekatan  numerik untuk menganalisa sebuah struktur untuk mendapatkan  solusi  pendekatan  dari  suatu permasalahan. Metode elemen hingga menggunakan  prinsip  yang  sama  dengan  struktur sederhana  tersebut  dimana  setiap  struktur  yang akan  dianalisa  dibagi  terlebih  dahulu  menjadi elemen-elemen kecil.
Ada beberapa jenis analisa yang  digunakan dalam metode elemen hingga antara lain :
1. Analisa Linier Statis
Analisa  linier  statis  merupakan  analisa  yang digunakan  untuk  mendefinisikan  kondisi struktur  terhadap  pembebanan  yang  linier atau  searah  (konstan).  Sehungga  jenis
pembebanan  yang  digunakan  pada  analisa statis  seperti  pembebanan  yang  berbentuk gaya dan tekanan.
2. Analisa Non Linier Statis Jika  suatu  struktur  material  mengalami pembebanan  di  atas  titik  luluhnya  ( yield point ),  maka  dapat  didefinisikan  bahwa hubungan  antara  tegangan  dan  regangan sudah  tidak  konstan  lagi  akan  tetapi  non linier.  Dengan  hubungan  yang  non  linier ini, Modulus  Young  dari  material  cenderung berubah  /  menurun  selama  analisa,  yang akibatnya  akan  terjadi  deformasi  yang permanen (plastis). [9]

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Model
Kapal  trimaran  dengan glass  bottom dimodelkan  berdasarkan  Finite  Elemen  Method (FEM)  dan  dibuat  pemodelan  dalam  program aplikasi  Msc  Patran  kemudian  di  analisa  hasil permodelan  menggunakan  program  aplikasi  Msc Nastran.
Permodelan  trimaran  ini  menggunakan variasi  konstruksi  yang  merupakan  uji  ekperimen dengan  bentuk  konstruksi  melintang  pada  bagian mainhull  dan  demihull,  dan  pada  belakang mainhull  menggunakan  konstruksi  melingkar dengan  derajat  kemingan  mulai  dari  0 0 sampai 180 0 dengankenaikan 10 0 setiap gadingnya. Dasar penentuan ukuran setiap penguat struktur mengacu pada aturan BKI.
Gambar 2. Pemodelan kapal trimaran dengan software MSC. Patran

## 3.2. Analisa Kekuatan
Respon  analisa  kekuatan  pada  trimaran dengan boundary condition pada ujung haluan dan buritan kapal.
Gambar 3 Respon Struktur pada Boundary Condition satu pada MSC.Patran 1
Ditinjau dari fringe displacement translation pada  model  sesuai  Gambar  3  kapal trimaran  didapat  nilai  deformasi  kapal  sebesar 1,46 x 10 -3 m pada node 90937.
Gambar 4. Respon struktur pada Boundary Condition satu pada MSC.Patran 2
Ditinjau  dari  tegangan  maksimum (von misses) pada  struktur  sesuai  Gambar  4  didapat sebesar  7,31  x  10 5 N/m 2 terjadi  pada  node  74171 dan  deformasi  sebesar  4,32  x  10 -4 m  pada  node 111095.  Tegangan  maksimal  terletak  pada percabangan  lunas  kapal.  Percabangan  ini dikarenakan  lunas  kapal  pada  bagian  ruangan yang  melingkar  harus  mengikuti  struktur  yang ada.  Sehingga  bentuk  lunas  pada  pertemuan mainhull  dengan  ruang  glass  bottom  bercabang. Serta terdapat beban sebesar 1,53 x 10 3 N/m 2 pada pertemuan  sisi  lambung  dengan  geladak  pada sambungan  konstruksi  melintang  ke  konstruksi melingkar.
Respon  analisa  kekuatan  pada  trimaran dengan boundary  condition pada  tengah  struktur kapal.
Gambar 4.5 Respon Struktur pada Boundary Condition 2 pada MSC.Patran.
Ditinjau  dari  tegangan  maksimum (von misses) pada struktur kapal didapat sebesar 1,24 x 10 5 N/m 2 terjadi  pada  node  80433  dan  deformasi sebesar 2,14 x 10 -4 m pada node 90937. Tegangan terletak  pada  gading-gading  pertemuan  dua  jenis material yang berbeda yaitu, tempered glass yang merupakan  panel glass  bottom dan  FRP  yang merupakan bahan struktur dari kapal.
Faktor  keamanan  (Safety  Factor)  adalah faktor  yang  menunjukkan  tingkat  kemampuan suatu  bahan  teknik  dari  beban  luar,  yaitu  beban tekan  maupun  tarik.  Sebelum  menghitung safety factor, dicari  terlebih  dahulu  nilai  tegangan  ijin sesuai  dengan  ketentuan  BKI  Part  3,Volume  A, Section 2 B.2.2.1.
Tegangan ijin 𝜎 = 𝑹 𝒎 ∙𝑹 𝟏 ∙𝑹 𝟐 ∙𝑹 𝟑 ∙∙∙ 𝑹 𝒏 𝑺 ,
Tegangan Hasil  ≤ Tegangan Rules.
P x, σ x , σy ≤  σ yield
SF = 𝑻𝒆𝒈𝒂𝒏𝒈𝒂𝒏 𝒊𝒋𝒊𝒏
𝑻𝒆𝒈𝒂𝒏𝒈𝒂𝒏 𝑴𝒂𝒌𝒔𝒊𝒎𝒖𝒎
SF = Safety Factor ≥ 1 (Memenuhi Kriteria)
SF pada boundary condition satu= 𝟓,𝟗𝟗 𝒙 𝟏𝟎 𝟏𝟎 𝑵/𝒎 𝟐
𝟕,𝟑𝟏 𝒙 𝟏𝟎 𝟓 𝑵/𝒎 𝟐 = 8,19 x 10 4 (Memenuhi Kriteria)
SF pada boundary condition dua = 𝟓,𝟗𝟗 𝒙 𝟏𝟎 𝟏𝟎 𝑵/𝒎 𝟐
𝟏,𝟐𝟒 𝒙 𝟏𝟎 𝟓 𝑵/𝒎 𝟐
= 4,83x 10 4 (Memenuhi Kriteria)

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  percobaan  dan  simulasi  yang telah  dilakukan  maka  dapat  disimpulkan  bahwa tegangan  maksimal kapal trimaran didapat  7,31 x 10 5 N/m 2 pada node 74171 dan deformasi sebesar 4,32  x  10 -4 m  pada boundary  condition satu. Sedangkan  tegangan  maksimal  didapat sebesar 1,24  x  10 5 N/m 2 terjadi  pada  node  80433  dan deformasi  sebesar  2,14  x  10 -4 m    pada boundary condition dua.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Alexander W. Gray: “A Preliminary Study of Trimarans” West Virginia University
[2] Sulistijono.  2012.  “Mekanika  Material Komposit” ITS Press, Surabaya.
[3] BKI.  2015.  Volume  A  Guidance  For  FRP And  Wooden  Fishing  Vessel  Up  To  24  m,
Part 3 . Jakarta
[4] Shadily, Hassan (1984). Ensiklopedi Indonesia  Volume  3.  Ichtiar  Baru-Van
Hoeve. p. 1614
[5] www.glazette.com  (diakses  pada  Kamis,  26
Mei 2016)
[6] Redner,  A.  S.,  "PC-Based  Stress-Measuring
System  for  On-Line  Quality  Control  of
Tempered  and  Heat-Strengthened  Glass,"
Use of Glass in Buildings, ASTM STP 1434,
V.  Block,  ed.  ASTM  International,  West
Conshohocken, PA 2002.
[7] Shunhua  Chen,  Mengyan  Zang,  dkk.  2015. Finite  element  modelling  of  impact  damage in polyvinyl butyral laminated glass.
[8] Popov,  E  P.  1996.  “Mekanika  Teknik”. Erlangga. Indonesia
[9] Logan,  D.L.  2002.  A  First  Course  in  the
Finite Element Method, 4th edition.
Brooks/Cole Thompson Learning, Boston.